一种基于DWT_STA/LTA的含噪信号P波初至峰度拾取方法

摘要

本发明公开了一种基于DWT_STA/LTA的含噪信号P波初至峰度拾取方法，包括如下步骤：提取矿山微震信号；离散小波变换(DWT)得到微震细节信号；计算各细节信号的STA/LTA值；判定STA/LTA最大值是否大于阀值a，若是则取首个触发点对应的采样点序号为该细节信号的大致到时，否则记该细节信号到时为0；再对到时非0的细节信号进行局部峰态拾取；最后采用权重分析确定P波最终到时。该方法有效排除了低信噪比、刺突、尾部震荡及纯噪音信号的干扰，极大地降低了错误拾取率，增强了P波拾取的准确性。

主权项

一种基于DWT_STA/LTA的含噪信号P波初至峰度拾取方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：提取微震信号x(n)从矿山微震信号中提取待拾取信号x(n)，n＝1,2,…,N，其中，N为所述微震信号的采样点个数，取N＝400～600，微震信号采样频率600Hz；步骤2：对微震信号采用离散小波变换DWT得到细节信号D_i，i＝1,2,3,4；步骤3：依据STA/LTA算法按照以下公式确定细节信号D_i的P波大致到时k_i；$\lambda (k,D_i)=\frac{STA(k,D_i)}{LTA(k,D_i)}=\frac{\frac{1}{W_{STA}}\underset{n=k-W_{STA}}{\overset{k}{\Sigma }}\left|x(n,D_i)\right|}{\frac{1}{W_{LTA}}\underset{n=k-W_{LTA}}{\overset{k}{\Sigma }}\left|x(n,D_i)\right|}$其中，STA(k,D_i)和LTA(k,D_i)分别为短、长时窗的振幅平均值；x(n,D_i)为细节信号D_i的第n个采样信号；k为采样的第k个点，k＝W_LTA,W_LTA+1,…,N；W_STA和W_LTA分别为短、长时窗的长度，分别取10和60个采样点；若细节信号D_i对应的短时窗和长时窗的振幅平均值的比值λ(k,D_i)的最大值大于设定阀值a，则取首个触发点对应的采样点序号为该细节信号D_i的P波大致到时k_i，否则，记该细节信号D_i的P波大致到时k_i为0。其中，i＝1,2,3,4；步骤4：计算细节信号的P波大致到时k_i＝0的个数L，i＝1,2,3,4；步骤5：利用权重分析计算P波初至准确到时；若步骤4中L>2，则认为该信号为纯噪音信号，反之则采用以下权重公式计算P波准确到时k'：$k^{\prime }=\frac{\frac{1}{8}{A}_4·k_4^{\prime }+\frac{3}{8}{A}_3·k_3^{\prime }+\frac{3}{8}{A}_2·k_2^{\prime }+\frac{1}{8}{A}_1·k_1^{\prime }}{\frac{1}{8}{A}_4+\frac{3}{8}{A}_3+\frac{3}{8}{A}_2+\frac{1}{8}{A}_1}$其中，1/8、3/8、3/8和1/8分别为D₄、D₃、D₂和D₁的权重系数；A_i和k′_i分别为R_i的最大振幅和局部峰度拾取到时，R_i为D_i在区间[k_i‑b,k_i+b]的信号，b为确定局部峰度拾取区间的常量，取b＝10～15；由公式$K(k,D_i)=(M-1)\frac{{\Sigma }_{n=k-M+1}^k{\left(x\right(n,D_i)-{\hat{m}}_{(k,D_i)})}^4}{{\Sigma }_{n=k-M+1}^k{\left(x\right(n,D_i)-{\hat{m}}_{(k,D_i)})}^2}-3$计算x(n,D_i)的滑动峰度值K(k,D_i)，k为采样的第k个点，k＝k_i‑b,k_i‑b+1,…,k_i+b，M为滑动时窗的长度，取M＝20～30，并取K(k,D_i)最大值点作为局部峰度拾取到时k′_i；步骤6：依据步骤5输出拾取结果，该信号为纯噪音信号或者P波初至准确到时为k'。